Енергія з повітря - новий спосіб застосування електромагнітних хвиль

Створено 21.07.2011 20:00 Політика Автор: NataKon

Ми живемо в світі, повному невидимою енергії. Численні радіомовні і телевізійні станції, системи стільникового і супутникового зв'язку - всі вони є джерелами електромагнітного випромінювання, енергії, використовувати яку до недавнього часу ніхто не вмів. Однак нещодавно вчені Технологічного Інституту штату Джорджія знайшли спосіб, який дозволяє «збирати» з повітря електромагнітне випромінювання і використовувати його для живлення дрібних електронних пристроїв - бездротових сенсорів, мікропроцесорів і мініатюрних передавачів.

Презентація пристрою відбулася 6 липня на симпозіумі IEEE ( «Antennas and Propagation Symposium») в місті Спокан, штат Вашингтон. Спонсорами п'ятирічного дослідження виступали Національний науковий фонд, Федеральне управління автомобільних доріг (США) і японська Організація з розробки нової енергетичної та промислової технології (НЕДО).

Провідний дослідник, професор Факультету електротехніки та обчислювальної техніки Технологічного Інституту штату Джорджія Манос Тентзеріз (Manos Tentzeris) заявив, що «надширокосмугові антена дозволила використовувати сигнали, що відносяться до різних частотних діапазонах», а значить - отримувати на виході більше енергії, ніж це коли-небудь було можливо.

Джерела електромагнітного випромінювання - наприклад, пристрої зв'язку - пристосовані для передачі енергії в різноманітних частотних діапазонах. Дослідники навчилися використовувати для отримання електроенергії електромагнітні випромінювання в досить широкому діапазоні частот, від 100 МГц до 15 ГГц і вище (від радіохвиль FM-діапазону до використовуваних в роботі радарів). Новий пристрій дозволяє «збирати» цю енергію з повітря, перетворюючи змінний струм в постійний, і передаючи для зберігання на конденсатор або батарею.

Виготовлення та ефективність

Пристрої, що дозволяють вловлювати, «збирати» і зберігати електромагнітну енергію, створюються нанесенням на паперову або гнучко-полімерну підкладку електричних компонентів і мікросхем. На виході отримуємо дешеві енергетично автономні бездротові сенсори, які можна використовувати де завгодно. Для створення подібного чуда використовується звичайний струменевий принтер , А головний секрет виробників полягає в «унікальному рецепті власного виробництва», який регламентує додавання в емульсію срібних і / або інших наночастинок. Обраний метод дозволяє команді вчених «друкувати» не тільки радіочастотні компоненти і схеми, а й новітні датчики на основі наноматеріалів (вуглецевих нанотрубок).

Новий винахід довело свою ефективність вже в декількох експериментах. Зокрема, дослідникам вдалося витягти з смуги частот телевізійних каналів пару сотень мікроват енергії. Вчені впевнені, що багатосмугові системи дозволять виробляти більше одного мілівата енергії, що цілком достатньо для живлення дрібних електронних пристроїв на зразок сенсорів і мікропроцесорів. А доповнивши технологію конденсаторами великої потужності і введенням циклічного режиму роботи, команда Технологічного Інституту штату Джорджія розраховує живити навіть ті пристрої, для роботи яких потрібно понад 50 милливатт енергії. У такому варіанті енергія накопичується в конденсаторі і використовується після досягнення необхідного рівня потужності.

переваги винаходи

В одному з експериментів вчені успішно живити температурні датчики від електромагнітного випромінювання телевізійної станції, що знаходилася за півкілометра від місця проведення досвіду. Незабаром вони планують продемонструвати роботу мікропроцесорного керуючого пристрою, що приводиться в дію одним тільки знаходженням в повітрі.

Манос Тентзеріз пояснив, що використання широкого частотного діапазону електромагнітного випромінювання дозволяє пристрою менше залежати від обставин. Так, якщо один з частотних діапазонів на час зникає, система як і раніше зможе використовувати інші частоти.

Також пристрій зможе використовуватися спільно з іншими технологіями виробництва енергії. Наприклад, зібрана енергія могла б сприяти зарядці батарей від сонячних елементів на протязі дня, а вночі, коли сонячні панелі не працюють, вона ж могла б продовжувати накопичення заряду батареї, або, по крайней мере, запобігати її розрядку. Не зайвим було б і підтримання резервного заряду - в разі повної відмови сонячного колектора або його акумулятора зібрана «з повітря» енергія дозволила б системі передати сигнал про порушення, можливо, навіть підтримуючи критично важливу частину функцій.

Сфера застосування

Дослідники впевнені, що енергетично автономні бездротові сенсори на паперовій основі дуже скоро стануть доступні за дуже низькою ціною. Потенційні сфери застосування, на їх погляд, включають:

• Системи безпеки аеропортів (виявлення вибухових речовин, радіоактивних матеріалів, ін.);
• Енергозбереження (в будинку - відстеження показників температури і вологості, економія електроенергії за рахунок систем обігріву і кондиціонування; окремий плюс - биоразлагаемость сенсорів на паперовій основі);
• Будівництво (моніторинг міцності конструкції будівель, мостів, літальних апаратів, відстеження навантаження, якої вони піддаються і передача сигналу про нестандартних умовах функціонування);
• Зберігання продовольства (моніторинг якості харчових продуктів за наявністю хімічних речовин, які свідчать про їх псування);
• Медицина (пристрої для автономного біомоніторингу стану пацієнта).

джерело: gtresearchnews.gatech.edu